È necessario un trattamento antistress dopo la stampa dello stampo?

一, Il modo in cui si forma lo stress residuo e i rischi che può comportare
1. La varietà delle origini dello stress
Esistono tre tipi fondamentali di variabili che causano tensione residua durante il processo di stampa dello stampo:
Diversi parametri di processo: se la potenza del laser, la velocità di scansione e lo spessore dello strato non sono impostati correttamente, i tassi di ritiro tra gli strati possono essere diversi, il che può causare stress di taglio tra gli strati. Ad esempio, quando si stampa in 3D ceramica fotopolimerizzata, i cambiamenti nello spessore dello strato (50-100 μm) e un'esposizione insufficiente ai raggi UV possono causare un accumulo di stress tra gli strati, che può causare la rottura degli scaffold in zirconio non ricotto con una velocità fino al 18%.
Limitazioni delle proprietà del materiale: quando si stampa con la fusione a letto di polvere metallica (PBF), il raffreddamento rapido provoca un affinamento della grana non uniforme, dislocazioni ad alta-densità in determinati punti e microstress. Ad esempio, lo stress residuo nell’acciaio per stampi H13 non trattato che è stato stampato in 3D potrebbe essere compreso tra il 30% e il 50% del limite di snervamento del materiale.
La rimozione delle strutture di supporto e la lucidatura delle superfici sono esempi di attività di post-elaborazione che potrebbero aggiungere ulteriori sollecitazioni meccaniche. Ad esempio, se lo stampo non viene sottoposto a stress-dopo la lavorazione meccanica, la deformazione da raffreddamento può aumentare dal 40% al 60%.
2. Lo stress può essere pericoloso in molti modi
Se lo stress residuo non viene affrontato adeguatamente, porterà ai seguenti problemi:
Instabilità dimensionale: quando lo stress viene rilasciato, lo stampo si deforma e cambia forma, con una deviazione di precisione superiore a ± 80 μ m, che è molto peggiore rispetto ai criteri per gli stampi di grado medico (± 50 μ m).
Degrado delle prestazioni: è probabile che si formino microfessure in luoghi sottoposti a stress elevato, il che riduce la resistenza alla fatica e all'impatto. Ad esempio, se il substrato elettronico in allumina stampato in 3D- non viene ricotto, il rivestimento metallico si stacca a una velocità del 12% e la resistenza di isolamento cambia di ± 15%.
Decadimento della vita: la sovrapposizione delle sollecitazioni accelera la diffusione delle cricche da fatica quando il carico è ciclico, riducendo la vita dello stampo dal 50% al 70%. Ad esempio, dopo 100.000 cicli di carico, il tasso di propagazione delle cricche nell’acciaio per stampi stampato in 3D non ricotto è tre volte più veloce di quello delle parti ricotte.
2, La necessità di alleviare lo stress: la prova dalla teoria alla pratica
1. Fondamenti teorici: il legame tra riduzione dello stress e prestazioni migliori
Le operazioni termodinamiche o meccaniche vengono utilizzate nel trattamento di distensione per spostare gli atomi all'interno del materiale, ridurre la densità di dislocazione ed eliminare lo stress. La cosa più importante è:
Riparazione della microstruttura: il processo di ricottura può chiudere microfessure (lunghezza<50 μm) that form during sintering, which makes the material 2% to 3% denser. For instance, after annealing at 1150 °C, the microcrack closure rate of 3D printed zirconia parts goes from 90% to 420MPa, and the bending strength goes from 350MPa to 420MPa.
Miglioramento della stabilità dimensionale: la modesta quantità di deformazione plastica (in genere inferiore allo 0,5%) che si verifica quando lo stress viene rilasciato può impedire che si verifichino distorsioni improvvise quando l'oggetto viene riutilizzato. Ad esempio, la precisione dimensionale degli impianti dentali in zirconio è aumentata da ± 80 μm a ± 30 μm dopo la ricottura, in linea con lo standard medico ISO 13356.
Migliorare le prestazioni di lavorazione significa ridurre la durezza superficiale e lo stress di trazione residuo, nonché ridurre le vibrazioni e l'usura dell'utensile durante il processo di taglio. Ad esempio, dopo la rettifica, l'acciaio dello stampo viene-disteso a 260–315 gradi, il che riduce lo stress superficiale dal 40% al 65% e raddoppia la durata dell'utensile.
2. Esempio-nel mondo reale: un modello di successo da utilizzare nel mondo degli affari
Un'azienda medica realizza impianti in zirconio stampati in 3D- utilizzando la tecnica "stampaggio a polimerizzazione UV → sgrassaggio → sinterizzazione → ricottura (isolamento a 1150 gradi per 3 ore, riscaldamento a 5 gradi /h, raffreddamento a 5 gradi /h)" nel campo degli stampi in ceramica. Il tasso di fessurazione è sceso dal 18% al 3%, la resistenza alla fatica è aumentata del 25% e il tasso di passaggio del lotto è aumentato dal 75% al ​​96%.
Un'azienda elettronica ha realizzato substrati elettronici in ossido di alluminio stampati in 3D nel campo degli stampi metallici mediante "sinterizzazione seguita da ricottura (mantenimento a 1300 gradi per 4 ore, riscaldamento a 10 gradi /h e raffreddamento a 10 gradi /h)". Il tasso di distacco del rivestimento metallico è sceso al 2% e la variazione della resistenza di isolamento è stata abbassata a ± 5%, soddisfacendo gli elevati standard di stabilità.
Stampo con una struttura complicata: per le parti che non sono regolari, come i supporti porosi, vengono utilizzate procedure come il riscaldamento graduale (isolamento a 600 gradi per 1 ora, isolamento a 750 gradi per 2 ore) e il raffreddamento gradiente (5-10 gradi /h) per ottenere un rilascio uniforme dello stress e arrestare le crepe dovute al surriscaldamento locale.
3. La scelta di un metodo e l'ottimizzazione dei parametri fanno parte del processo di trattamento dello stress.
1. Metodo di trattamento termico: gestione precisa dei processi primari
Ricottura per alleviare lo stress: riscalda lo stampo al di sotto di Ac ₁ (ad esempio, 500–650 gradi) e mantienilo lì per 2–4 ore. Lasciamo poi raffreddare lentamente. Funziona con stampi in acciaio, stampi in lega di alluminio e altro e può eliminare oltre l'80% della tensione residua.
Trattamento del tempo: incoraggiare il rilascio naturale dello stress mediante invecchiamento naturale (conservazione a temperatura ambiente) o invecchiamento artificiale (isolamento a 100–200 gradi), che è la soluzione migliore per gli stampi ottici che richiedono una precisione molto elevata.
Migliorare il processo di ricottura: modificare la curva della temperatura in base alle qualità del materiale. Ad esempio, la temperatura del processo di ricottura per gli stampi in zirconio deve essere mantenuta tra 1100 e 1200 gradi (inferiore alla temperatura di sinterizzazione di 300-400 gradi). La velocità di riscaldamento dovrebbe essere di 5-10 gradi/h (per le parti a parete sottile, dovrebbe essere ridotta a 3 gradi/h) e il tempo di isolamento dovrebbe essere di 2-3 ore.
Invecchiamento tramite vibrazione: è utile per stampi di grandi dimensioni o situazioni in cui il riscaldamento non è possibile perché utilizza la vibrazione meccanica (15–100 Hz) per alleviare lo stress interno del materiale. Ad esempio, una certa azienda che produce stampi per automobili ha ridotto la deformazione dello stampo del 60% dopo aver utilizzato la terapia di invecchiamento tramite vibrazioni.
Trattamento con pallinatura: l'impatto sulla superficie con particelle metalliche ad alta-velocità crea uno strato di sollecitazione di compressione (profondità 0,1–0,5 mm) che ne prolunga la durata. Ideale per stampi con stress concentrato sulle superfici, inclusi stampi per pressofusione-e stampi per forgiatura.
3. Processo composito: miglioramento dell'efficienza lavorando insieme a diverse tecnologie
Trattamento termico e trattamento meccanico: utilizzare innanzitutto la ricottura per eliminare tutto lo stress, quindi utilizzare la pallinatura per rendere la superficie più resistente. Ad esempio, una certa azienda di stampi per l'aviazione ha utilizzato la procedura di "ricottura (isolamento a 650 gradi per 2 ore) + granigliatura (particelle di Al2O3, pressione 0,3 MPa)", che ha fatto sì che lo stampo sopravvivesse tre volte più a lungo.
Tecnologia di ricottura intelligente: un sistema di intelligenza artificiale regola la curva della temperatura in tempo reale per superare il problema della ricottura irregolare di stampi strutturali complicati. Ad esempio, un certo gruppo di studio ha prodotto un metodo di ricottura intelligente in grado di aumentare il tasso di riduzione dello stress delle parti irregolari dal 70% al 92%.